納米機器人發展前景令人鼓舞,未來值得期待
2020-12-05 前瞻網納米機器人發展前景令人鼓舞，未來值得期待
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在一個真正史詩級別的科技領域中，沒有任何一項革新技術比納米機器人的出現更為舉世震驚。科學家們正在研發一種比人類頭髮更為精細的微型機器，旨在在人類無法進行操作的分子層面上對原子和細胞結構實現一系列操作;而這種微型機器就是納米機器人，它屬於機器人工程學的一種新興高科技。有科學家認為，納米機器人發展前景令人鼓舞,未來值得期待。
1959年,美國物理學家、諾貝爾獎得主理察·費曼教授率先提出納米技術的設想。他在一次題為《在物質底層有大量的空間》的演講中說到：「將來人類有可能建造一種分子大小的微型機器，可以把分子甚至單個的原子作為建築構件在非常細小的空間構建物質，這意味著人類可以在最底層空間製造任何東西。」演講中,他雖然沒有使用「納米」這個詞，但實際上已闡述了納米機器人技術的基本概念。
1987 年，美國科幻大片《驚異大奇航》(Innerspace)首次向我們展示了科學家對納米機器人的構想;在影片情節中，縮小至幾納米的人和飛船被注射進人體後，這些特殊的微小「探險者」便在人體內部開始了一場驚險旅行。其實這些「探險者」就是納米機器人;它們直接觀看到人體各個器官的組織和運行情況。納米機器人技術在當時只是一種科學幻想，但如今已出現在現實世界。
前不久, 中國科學院深圳先進技術研究院與香港科技大學以及湘潭大學合作，研發出一種基於聚集發光元件的納米仿生機器人系統，用於血腦屏障穿越及腦膠質瘤靶向診療。該納米機器人系統，以聚集誘導發光材料(AIE)為內骨骼，以自然殺傷細胞膜為外部皮膚，保留了AIE在聚集態的優越的近紅外二區發光性能，同時賦予了AIE自然殺傷細胞免疫調節與識別的功能。
從廣義上來講，只要在納米尺度(一納米等於十億分之一米)能夠進行運動和操作的系統都可叫做納米機器人。納米機器人是納米生物學中最具有誘惑力的內容，也是當今高新科技的前沿熱點之一。不少科學家都看好納米機器人的應用前景和實用價值，一些發達國家還制定了相關的戰略性計劃，投入巨資搶佔納米機器人技術高地。
目前研發的納米機器人屬於第一代，是生物系統和機械系統的有機結合體，這代納米機器人可以注入人體血管內，進行健康檢查和疾病治療;第二代納米機器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置，能夠執行複雜的納米級別的任務;第三代納米機器人將包含有強人工智慧和納米計算機，是一種可以進行人機對話的智能裝置。
許多專家強調：當前最重要、最迫切的就是納米機器人在醫療領域的應用。醫用納米機器人可以注入人體血管內，進行血管養護、健康檢查、精準給藥、疾病治療和器官修復等，還可從基因中除去有害的脫氧核糖核酸(DNA)，或把正常的DNA安裝在基因中，使機體正常運行。在可預見的未來，被視為當今疑難病症(如癌症、愛滋病、高血壓等)都將迎刃而解。
近年來，醫用納米機器人的研發取得不少可喜成果。例如，2016年7月瑞士洛桑聯邦理工學院的科學家研發出可將藥物投遞到特定位置的納米機器人;又如，2017年8月，英國杜倫大學、美國萊斯大學和北卡羅萊納州立大學的科學家研製出可殺死癌細胞的納米機器人;再如，2019年7月，美國加州理工學院的科學家研發出可進行藥物遞送或者智能微手術的納米機器人。普通人看來這些成果可能只是不起眼的小突破，但在真正的科學家眼裡，卻蘊含著納米機器人的巨大進步。
不過到目前為止，醫用納米機器人技術依然停留在研發試驗階段，一些技術性障礙還有待破解。從現階段來講，受技術水平限制，納米機器人在驅動、控制、傳感反饋、複合材料等方面都存在研究瓶頸。儘管如此，許多專家還是認為，納米機器人將帶來一場醫學革命。美國工程師、未來學家雷·科茲威爾博士甚至認為，到2030年，納米機器人將可藉助無創的方式進入人類大腦，屆時人類將變得更長壽、更聰明和更幽默。
除了醫療領域外，納米機器人在其他領域，如軍事、環保、工業、農業等也將大顯身手。因此，有專家預言：用不了多久，個頭只有分子大小的神奇納米機器人將源源不斷地進入人類的日常生活。中國科學家、未來學家周海中教授在1990年發表的《論機器人》一文中甚至預言：到21世紀中葉，納米機器人將徹底改變人類的工作和生活方式。
文/張琦(作者單位：瑞士蘇黎世聯邦理工學院機械工程系)
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